CN111538039B - 未知点位基准站精确坐标确定方法 - Google Patents

Abstract

本发明揭示了未知点位基准站精确坐标确定方法，包括如下步骤：先由千寻位置网络科技公司获取至少一个CORS账号并进行账号可用性测试；接着，获取基准站的原始观测数据及设备基础信息并采用单点定位技术求出基准站的粗略坐标；当基准站坐标得出之后，在此坐标基础结合VRS技术可获取新的VRS站点的坐标，后续可以以新获得的VRS站点的坐标获取千寻位置网络科技公司发出的高精度的差分观测值，最后联同基准站观测数据进行平差解算，求得基准站的精确坐标。本方案提供了一种不需要依赖测绘主观部门的数据且能够有效解决在无已知基准站点位的情况下快速求解基准站的高精度绝对坐标的方法，同时，该方法有效地满足多个基准站的精确坐标进行解算的要求。

Description

未知点位基准站精确坐标确定方法

技术领域

本发明涉及定位技术领域，尤其是未知点位基准站精确坐标确定方法。

背景技术

随着全球定位系统的快速发展，当前已形成GPS、BDS、GLONASS、GAILLEO、QZSS、SBAS等多种卫星导航系统并存局面，卫星导航定位已完全实现从单一系统定位到多模组合定位，定位精度以及稳定性有了质的飞跃。高精度位置大众化服务是今后的大势所趋。

目前单点定位精度在5-8米，该精度无法满足一些行业对定位精度的要求，如公交车的车道级定位、自动驾驶车辆定位等。提高定位精度有效的方式就是借助差分定位技术，差分信息获取的前提是需要布设一定数目的基站并进行组网，其中，基站站坐标是否精确直接影响到流动站的点位坐标。

目前求解基准站的精确坐标主要采用与已知点位进行联测并进行网平差解算，但是已知点位数据一般在当地测绘主管部门，由于涉及一些高精度观测数据与坐标保密等原因，用户难以获取。

由于采用PPP技术进行解算能够达到毫米级的精度，因此也有一些学者提出采用此方法进行基准站坐标解算，但是此方法在多基准站组网方面存在一定问题，利用多组PPP解算的结果不能确切反映整个CORS网形结构，PPP解算需要精密星历，最终精密星历获取需要约两周时间，实时性得不到有效的保障，尤其对于一些紧急工程的施工建设会造成很不利的影响，如何快速有效解算基准站点位坐标并将其应用于实际是一项很重要的任务。

发明内容

本发明的目的就是为了解决现有技术中存在的上述问题，提供一种基于VRS算法原理，利用千寻位置网络科技公司提供的差分数据源信息逆向求解基准站的精确坐标的未知点位基准站精确坐标确定方法。

本发明的目的通过以下技术方案来实现：

未知点位基准站精确坐标确定方法，包括如下步骤：

S1,由千寻位置网络科技公司获取至少一个CORS账号并利用RTK终端进行账号可用性测试；

S2,精确固定基准站接收机天线，并获取基准站的原始观测数据及设备基础信息；

S3,根据原始观测数据，采用单点定位技术求出基准站的粗略坐标；

S4,根据单点定位技术求出的粗略坐标分别虚拟出至少两个VRS站点坐标，使得VRS站点与至少一基准站之间构成一个短基线的多边网形；所述基准站与VRS站点之间及VRS站点之间的间距在1-5km；

S5，通过VRS站点采集千寻位置网络科技公司实时播发的RTCM差分数据并连续存储目标时长的RTCM差分数据；所述目标时长为10min-30h之间；

S6，将基准站的原始观测数据联同VRS站点采集的数据进行整网平差解算，求得基准站的精确坐标。

优选的，所述的未知点位基准站精确坐标确定方法中，所述S1中，所述CORS账号为两个。

优选的，所述的未知点位基准站精确坐标确定方法中，所述S1中的账号可用性测试包括

S11,将手机卡安装至RTK终端或者手机开无线热点，将RTK手簿连接热点并与RTK终端相连；

S12,输入CORS账号信息，查看RTK终端是否能在10s内获得固定差分解并保持，如可以，则表明账号可用。

优选的，所述的未知点位基准站精确坐标确定方法中，所述S2中，所述设备基础数据包括天线类型、天线高、接收机类型。

优选的，所述的未知点位基准站精确坐标确定方法中，所述S5中，所述RTCM差分数据至少通过以下方法计算得到：

在主基准站A与VRS站点V之间进行站际求差得：

式(1)、(2)、(3)中，λ表示波长，Δ表示单差符号，

表示双差符号，r表示卫星，φ表示载波相位观测值，ρ表示伪距观测值，I表示电离层误差，T表示对流层误差，O表示卫星轨道误差，m表示多路径误差，N表示整周模糊度，c表示光速，δt表示钟差，ε表示噪声误差；

令S＝I+T+O (4)

将式(1)、(2)、(3)、(4)联立并移项可得式(5)

式(4)中“S”表示等效距离误差，式(5)表示虚拟参考站的观测值，ref为参考卫星，

cΔδt_AV为常量且在求差过程中得到了消除，

可采用误差内插模型求出，

表示多路径误差，VRS端模糊度以及钟差均为零，因此式(5)可简化为下列表达式；

VRS站点载波相位观测值如下：

对于任何双差观测值有

因此

VRS站点伪距观测值如下：

表示VRS站点对第r颗卫星伪距观测值、

表示主参考站对第r颗卫星的伪距观测值、

表示VRS站点对参考卫星伪距观测值、

表示主参考站点对第参考卫星的伪距观测值、

表示主参考站与虚拟站的双差电离层延迟、

主参考站与虚拟站的双差对流层延迟。

优选的，所述的未知点位基准站精确坐标确定方法中，所述S6中，在进行整网平差解算前，对RTCM数据进行解码，解码出的数据至少包括GPS L1/L2伪距与载波相位观测数据、BDS B1/B2伪距与载波相位观测数据、GLONASS L1/L2伪距与载波相位观测数据。

优选的，所述的未知点位基准站精确坐标确定方法还包括S7,将S6得到的精确坐标输出并进行精度评定。

优选的，所述的未知点位基准站精确坐标确定方法中，所述S7中,至少通过RATIO值、观测值残差RMS、复测基线长度、定位精度进行衡量、同步闭合环闭合差、异步环闭合差进行精度评定。

其中RATIO表示模糊度分解后次最小RMS与最小RMS的比值，其值要求RATIO>3

同步环闭合差要求：

异步环闭合差要求：

网无约束平差基线向量残差要求：

V_ΔX≤3σ，V_ΔY≤3σ，V_ΔZ≤3σ。

本发明技术方案的优点主要体现在：

本方案提供了一种不需要依赖测绘主观部门的数据且能够有效解决在无已知基准站点位的情况下快速求解基准站的高精度绝对坐标的方法，同时，该方法有效地满足多个基准站的精确坐标进行解算的要求，效率极大的提高；并且本方法基于千寻位置网络科技公司的高精度的基础数据，能够有效地保证最终的定位精度。

该方法可以根据基准站的位置分布自由设站，除此之外该方法还可以用来进行高级控制网的布设，特别在一些偏远的地区且无已知控制点的情况下，可采用该方法布置控制点，利用该方法还可以将其应用于变形监测领域。

本方案通过构建短基线网络，能够有效地保证解算的精度，降低解算难度，提高解算效率。

本方案通过数据采集时间的优选可以使得最终精度达到毫米级，有效提高了精确性。

附图说明

图1是本发明的流程示意图。

具体实施方式

本发明的目的、优点和特点，将通过下面优选实施例的非限制性说明进行图示和解释。这些实施例仅是应用本发明技术方案的典型范例，凡采取等同替换或者等效变换而形成的技术方案，均落在本发明要求保护的范围之内。

在方案的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。并且，在方案的描述中，以操作人员为参照，靠近操作者的方向为近端，远离操作者的方向为远端。

下面结合附图对本发明揭示的未知点位基准站精确坐标确定方法进行阐述，如附图1所示，其包括如下步骤：

S1,由千寻位置网络科技公司获取至少一个CORS账号并利用RTK终端进行账号可用性测试。

之所以采用千寻位置网络科技公司的CORS账号，是由于当前千寻位置网络科技公司已经完成全国两千多个北斗地基增强基准站的整合，具备提供高达动态厘米级和静态毫米级的定位能力，用户可以根据自己的需求支付相应的费用即可获得相应的定位服务，其服务定位精度涵盖毫米级、分米级以及厘米的定位精度，从而可以有效地保证基础数据的精度。

在实际测试时，从千寻位置网络科技公司获取两个CORS账号，可以更好地为后续VRS站点的数据采集提供便利。

在进行账号可用性测试时包括如下步骤：

S11,将手机卡安装至RTK终端或者手机开无线热点，将RTK手簿连接热点并与RTK终端相连；

S12,输入CORS账号信息，查看RTK终端是否能在10s内获得固定差分解并保持，如可以，则表明账号可用；如不能，则查看输入参数是否有误并再进行连接，若排除设备有误、录入参数准确的情况下，与供应商联系确认CORS账号是否失效。重新获取CORS账号并进行可用性测试。

S2,精确固定基准站接收机天线，并获取基准站的原始观测数据及设备基础信息；所述设备基础数据至少包括天线类型、天线高、接收机类型，这些参数主要是提供给高精度数据处理软件，以满足高精度数据处理软件所采用的严格的数学模型在导入数据，进行控制参数设置时对于上述信息的需求。

S3,根据原始观测数据，采用单点定位技术求出每个基准站的粗略坐标；单点定位技术为已知技术，其是利用观测四颗以上的卫星求解地面点的坐标，其定位精度一般在数十米，例如可以是申请号为所揭示的201510002829.X的现有技术，求出基准站的粗略坐标的目的就是利用该坐标去请求RTCM差分数据服务。

S4,根据单点定位技术求出的基准站的粗略坐标虚拟出至少两个VRS站点坐标，使得VRS站点与至少一基准站之间构成一个短基线的多边网形。

由于组成闭合环需要至少三个站点，因此虚拟得到的VRS站点至少为两个，本实施例中优选为2个，并采用两个CORS账号获取RTCM差分数据，两个已知坐标信息检核的信息更多一些。实际中若只有一个CORS账号的话，观测数据需要更长一些。同时，之所以选择短基线是因为短基线处理比较容易且更为可靠，VRS站点与基准站为短基线条件下，基准站的定位也可以达到更高的精度，能够稳定达到厘米级，甚至达到毫米级。优选的，发明人研究发现，基准站与VRS站点之间及VRS站点之间的间距在1-5km，进一步优选在2-4km，更优选在2-3km时，能够获得最佳的精度及可靠性。

当基准站坐标得出之后，在此坐标基础上进行修改，即可获取新的VRS站点的坐标，后续即可以以新的虚拟坐标(此时该坐标变为已知值)获取差分观测值，最后联同基准站观测数据进行平差解算。

具体如下：

S5，通过VRS站点采集千寻位置网络科技公司实时播发的RTCM差分数据并连续存储目标时长的RTCM差分数据。即以VRS站点坐标为真值，利用Ntrip协议获取RTCM原始观测数据，为了保证后续数据分析精度和可靠性，通常目标时长不少于10min，优选的，不小于1h,并且优选不超过30h，发明人研究发现，更优选的目标时长在24h左右时，既能获得充分的观测数据进行平差计算，再者能够采集到较大变化范围的卫星的几何构型数据，对提高定位精度起到很大的作用；同时也能兼具一定处理时效。

所述S5中，所述RTCM差分数据至少通过以下方法计算得到：

在主基准站A与VRS站点V之间进行站际求差得：

式(1)、(2)、(3)中，λ表示波长，Δ表示单差符号，

表示双差符号，r表示卫星，φ表示载波相位观测值，ρ表示伪距观测值，I表示电离层误差，T表示对流层误差，O表示卫星轨道误差，m表示多路径误差，N表示整周模糊度，c表示光速，δt表示钟差，ε表示噪声误差；

令S＝I+T+O (4)

将式(1)、(2)、(3)、(4)联立并移项可得式(5)

式(4)中“S”表示等效距离误差，式(5)表示虚拟参考站的观测值，ref为参考卫星，

cΔδt_AV为常量且在求差过程中得到了消除，

可采用误差内插模型求出，

表示多路径误差，VRS端模糊度以及钟差均为零，因此式(5)可简化为下列表达式；

VRS站点载波相位观测值如下：

对于任何双差观测值有

因此

VRS站点伪距观测值如下：

表示VRS站点对第r颗卫星伪距观测值、

表示主参考站对第r颗卫星的伪距观测值、

表示VRS站点对参考卫星伪距观测值、

表示主参考站点对第参考卫星的伪距观测值、

表示主参考站与虚拟站的双差电离层延迟、

主参考站与虚拟站的双差对流层延迟。

S6，将基准站的原始观测数据联同VRS站点采集的数据进行整网平差解算，求得基准站的精确坐标。所述S6中，在进行整网平差解算前，将RTCM数据转换为RINEX,即对RTCM数据进行解码，解码出的数据至少包括GPS L1/L2伪距与载波相位观测数据、BDS B1/B2伪距与载波相位观测数据、GLONASS L1/L2伪距与载波相位观测数据。解码得到数据后，将其与基准站的原始观测数据进行短基线解算。

S7,对S6得到的基准站的精确坐标输出，并对解算结果进行精度评定。

具体的评定时，至少通过RATIO值、观测值残差RMS、复测基线长度、定位精度进行衡量、同步闭合环闭合差、异步环闭合差等参数进行精度评定。

其中RATIO表示模糊度分解后次最小RMS与最小RMS的比值，其值要求RATIO>3

同步环闭合差要求：

异步环闭合差要求：

网无约束平差基线向量残差要求：

V_ΔX≤3σ，V_ΔY≤3σ，V_ΔZ≤3σ。

本发明尚有多种实施方式，凡采用等同变换或者等效变换而形成的所有技术方案，均落在本发明的保护范围之内。

Claims (1)

1.未知点位基准站精确坐标确定方法，其特征在于：包括如下步骤：

S1,由千寻位置网络科技公司获取至少一个CORS账号并利用RTK终端进行账号可用性测试；所述CORS账号为两个；

所述账号可用性测试包括：

S11,将手机卡安装至RTK终端或者手机开无线热点，将RTK手簿连接热点并与RTK终端相连；

S12,输入CORS账号信息，查看RTK终端是否能在数秒内获得固定差分解并保持，如可以，则表明账号可用；

S2，精确固定基准站接收机天线，并获取基准站的原始观测数据及存储设备基础信息，所述设备基础数据包括天线类型、天线高、接收机类型；

S3，根据原始观测数据，采用单点定位技术求出基准站的粗略坐标；

S4，根据单点定位技术求出的粗略坐标虚拟出至少两个VRS站点坐标，使得VRS站点与至少一基准站之间构成一个短基线的多边网形；所述基准站与VRS站点之间及VRS站点之间的间距在1-5km；

S5，通过VRS站点坐标请求千寻位置网络科技公司实时播发的RTCM差分数据并连续存储目标时长的RTCM差分数据；所述目标时长为10min-30h之间；

所述S5中，所述RTCM差分数据至少通过以下方法计算得到：

在主基准站A与VRS站点V之间进行站际求差得：

式(1)、(2)、(3)中，λ表示波长，Δ表示单差符号，

表示双差符号，r表示卫星，φ表示载波相位观测值，ρ表示伪距观测值，I表示电离层误差，T表示对流层误差，O表示卫星轨道误差，m表示多路径误差，N表示整周模糊度，c表示光速，δt表示钟差，ε表示噪声误差；ref为参考卫星；

令S＝I+T+O(4)；

将式(1)、(2)、(3)、(4)联立并移项可得式(5)

式(4)中“S”表示等效距离误差，式(5)表示虚拟参考站的观测值，

cΔδt_AV为常量且在求差过程中得到了消除，

可采用误差内插模型求出，

表示多路径误差，VRS端模糊度以及钟差均为零，因此式(5)可简化为下列表达式；

VRS站点载波相位观测值如下：

对于任何双差观测值有

因此

VRS站点伪距观测值如下：

表示VRS站点对第r颗卫星伪距观测值、

表示主参考站对第r颗卫星的伪距观测值、

表示VRS站点对参考卫星伪距观测值、

表示主参考站点对第参考卫星的伪距观测值、

表示主参考站与虚拟站的双差电离层延迟、

主参考站与虚拟站的双差对流层延迟；

S6，将基准站的原始观测数据联同VRS站点采集的数据进行整网平差解算，求得基准站的精确坐标；

所述S6中，在进行整网平差解算前，对RTCM数据进行解码，解码出的数据至少包括GPSL1/L2伪距与载波相位观测数据、BDS B1/B2伪距与载波相位观测数据、GLONASS L1/L2伪距与载波相位观测数据；

S7,将S6得到的精确坐标输出并进行精度评定；所述S7中,至少通过RATIO值、观测值残差RMS、复测基线长度、定位精度进行衡量、同步闭合环闭合差、异步环闭合差进行精度评定。

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